基于LoRa的卫星物联网系统接收机同步与非相干软解调方案

作     者：余忠洋 高继勋 郭小波 李博 何栎 黄治国 YU Zhong-yang;GAO Ji-xun;GUO Xiao-bo;LI Bo;HE Li;HUANG Zhi-guo

作者机构：河南工程学院计算机学院、河南省智慧城市多模态智能交互系统工程研究中心河南郑州451191 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071 

出 版 物：《电子学报》 (Acta Electronica Sinica)

年 卷 期：2023年第51卷第5期

页      面：1291-1299页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070104[理学-应用数学] 0701[理学-数学] 

基　　金：河南省科技攻关计划项目(No.222102210200,No.222102320349) 河南省高等学校重点科研项目(No.22A520011)。 

主　　题：LoRa调制 接收机同步 非相干解调 极低信噪比 卫星物联网 6G通信 

摘      要：LoRa(Long Range)技术是一种改进的高阶啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)调制技术,如今已经成为了地面物联网(Internet of Things,IoT)的主流调制技术之一.不同于地面物联网,卫星IoT将会实现全球范围内的无缝覆盖,但其通信距离遥远和高速移动使得接收机通常工作在极低信噪比下并面临较大时延和多普勒频移.鉴于此,本文将LoRa技术应用到卫星IoT系统中并研究相应的接收机同步与非相干软解调方案.首先给出了卫星IoT上行链路的系统模型和数据帧结构.接着根据LoRa信号的特点,设计了一种联合时延与多普勒频移估计方案.为了进一步消除相偏和其他残留项的影响以及考虑采用基于软判决译码的编码方案,又设计了一种低复杂度的非相干软解调算法.仿真结果表明基于所提同步方案和软解调算法的turbo-LoRa系统可以在极低信噪比和较小导频开销下获得接近于理想情况的误码性能,且在BER=10-5下优于Hamming-LoRa系统3 dB.